基于matlab的数字通信系统.docx

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基于matlab的数字通信系统

第一章绪论

1.1什么是数字通信系统？

1.2数字通信系统的基本组成

1.3数字通信系统的特点

第二章MATLAB软件

2.1MATLAB软件介绍

2.2MATLAB软件的应用

第三章2ASK仿真设计和运行结果

3.12ASK调制和解调原理

3.2主要程序的介绍

3.2.1基带信号的产生

3.2.2

载波的产生

3.2.3

噪声的产生

3.2.4

2ASK的调制

3.2.5

2ASK的解调

3.2.6

判决输出

3.3仿真结果

第四章2FSK仿真设计和运行结果

4.12FSK调制和解调原理

4.2主要程序的介绍

4.2.1基带信号和的产生

.3...

.3..

3..

.4..

6...

.6..

.8..

9...

.9..

.1..0

1..0.

1..1.

1..2

1..3.

1..3

4.2.2两种不同频率载波的产生

1..4

4232FSK调制y

.1..4

4.2.42FSK解调

.1..5

4.2.5判决输出

1..5.

4.3仿真结果

1..6.

第五章2PSK仿真设计和运行结果

1..7

5.12PSK的调制和解调原理

1..7

5.2主要程序的介绍

5.2.1基带信号的产生

5.2.2双极型码的产生

5.2.3载波信号的产生

5.2.42PSK调希y

5.2.52PSK勺解调

5.2.6判决输出

1.9

5.3仿真结果

第六章2DPSK勺仿真设计和运行结果

6.12DPSK勺调制与解调原理

6.2主要程序的介绍

6.2.1基带信号（绝对码）的产生

6.2.2相对码及其反码的产生

6.2.3载波信号的产生

6.2.42DPSKW

6.2.52DPSK解调

6.2.6判决输出

6.2.7码反变换

6.3仿真结果

第七章GUI界面仿真设计及结果

7.1GUI界面设计

7.2仿真结果

第八章总结和体会

第一章绪论

1.1什么是数字通信系统?

数字通信系统是利用数字信号传输信息的系统，是构成现代通信网的基

础。

1.2数字通信系统的基本组成

通信的基本功能是传递信息，即由信源产生的信息，通过一定的媒介（即

信道）传输，最后被信宿（收信暂）接收。

产生的信息变换成一定格式的数字信号,

一个数字通信系统的基本任务就是把信源

迩过信道传输，到达接收端后，再变换

为适宜于信宿接受的信息形式送至信宿。

图1是实现这个过程的数字通信系统的

基本框图。

閤1堀码

与tim

—k

观换fif出

—

營釀擁出

夏

—

鶴据输出

（1）信息源

信源是发出信息的源，其作用是把各种可能消息转换成原始电信号。

信源可

分为模拟信源和数字信源。

模拟信源（如电话机、电视摄像机）输出连续幅度的模拟信号;数字信源（如电传机、计算机等各种数字终端设备）输出离散的数字信号。

（2）变换器

因语声、图像等原始的消息不能以电磁波来传送，所以需要通过变换器将原始的非电消息变换成电信号，并再对这种电信号进一步转换，使其变换成适合某种具体信道传输的电信号。

这种电信号同样载有原有的信息。

例如电话机的送话器，就是将语声变换成幅度连续变化的电话信号，再进一步转换后送到信道上去。

（3）信道

信道是指传输信号的通道，可以是有线的，也可以是无线的，有线和无线均有多种传输媒质。

信道既给信号以通路，也对信号产生各种干扰和噪声。

传输媒质的固有特性和干扰直接关系到通信的质量。

（4）反变换器

反变换器的基本功能是完成变换器的反变换，即进行解调、译码、解码等等。

它的任务是从带有干扰的接收信号中正确恢复出相应的原始信号来。

对于多路复用信号，接收设备还具有解除多路复用和实现正确分路的功能。

（5）信宿

信宿是传输信息的归宿，其作用是将复原的原始信号转换成相应的消息。

（6）噪声源

噪声源是信道中的噪声以及分散在通信系统其他各处的噪声的集中表示。

1.3数字通信系统的特点

数字通信系统的优点如下:

1、抗干扰能力强

由于在数字通信中，传输的信号幅度是离散的，以二进制为例，信号的取值只有两个，这样接收端只需判别两种状态。

信号在传输过程中受到噪声的干扰,

必然会使波形失真，接收端对其进行抽样判决，以辨别是两种状态中的哪一个。

只要噪声的大小不足以影响判决的正确性，就能正确接收（再生）。

而在模拟通信中，传输的信号幅度是连续变化的，一旦叠加上噪声，即使噪声很小，也很难消除它。

2、差错可控

数字信号在传输过程中出现的错误（差错），可通过纠错编码技术来控制,以提高传输的可靠性。

3、易加密

数字信号与模拟信号相比，它容易加密和解密。

因此，数字通信保密性好。

4、易于与现代技术相结合

由于计算机技术、数字存贮技术、数字交换技术以及数字处理技术等现代技

术飞速发展，许多设备、终端接口均是数字信号，因此极易与数字通信系统相连

接。

第二章MATLAB软件

2.1MATLAB软件介绍

MATLAB[1]是美国MathWorks公司出品的商业数学软件，用于算法开发、

数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。

MATLAB是matrix&laboratory两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室）。

是由美国mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。

它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态

系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决

方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）的编

辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。

MATLAB和MathematicsMapie并称为三大数学软件。

它在数学类科技应

用软件中在数值计算方面首屈一指。

MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和

数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程

计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。

MATLAB的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的

形式十分相似，故用MATLAB来解算问题要比用C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且MATLAB也吸收了像Maple等软件的优点，使MATLAB成为一个强大的数学软件。

在新的版本中也加入了对C，FORTRAN，C++，JAVA

的支持。

2.2MATLAB软件的应用

MATLAB产品族可以用来进行以下各种工作:

•数值分析

•数值和符号计算

•工程与科学绘图

•控制系统的设计与仿真

•数字图像处理技术

•数字信号处理技术

MATLAB在通讯系统设计与仿真的应用

•通讯系统设计与仿真

•财务与金融工程

•管理与调度优化计算（运筹学）

MATLAB的应用范围非常广，包括信号和图像处理、通讯、控制系统设计、测试和测量、财务建模和分析以及计算生物学等众多应用领域。

附加的工具箱（单独提供的专用MATLAB函数集）扩展了MATLAB环境，以解决这些应用领域内特定类型的问题。

第三章2ASK仿真设计和运行结果

3.12ASK调制和解调原理

（1）调制

振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，而其频率和初始相位保持

不变。

在2ASK中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”

（00K）。

或“1”。

一种常用的、也是最简单的二进制振幅键控方式称为通一断键控

其表达式为

Acoswct

eook（t）0

以概率P发送“1”时以概率1P发送“0”时

2ASK信号的一般表达式为

其中

二进制振幅键控信号的产生通常有两种：

模拟调制法和键控法，相应的调制器如图3-1-1所示。

图（a）就是一般的模拟幅度调制的方法，用乘法器实现;

图（b）是一种数字键控法，其中的开关电路受S（t）控制。

本次课设采用数字

键控法。

图3-1-12ASK/00K信号调制器原理框图

（2）解调

本次课设用的是相干解调。

ASK信号有两种基本的解调方法：

非相干解调（包络检波法）和相干解调（同步检测法）。

与模拟信号的接收系统相比，这里增加了一个“抽样判决器”方框，这对提高数字信号的接收性能是必要的。

3.2主要程序的介绍

321基带信号的产生

st=t：

for11=1:

（n-D+rj/i*n£t

LfafnXL：

forend

else

B=j/1*（n-1）+1;j/1

St（>）=1;

for

und

&Tid

end

因为a（n）的产生是在x=（rand（1,i）产生0-1之间的随机数，然后a=round（x）

取最接近的自然数。

相当于在（0,1）中任意取‘0'和‘1'。

n代表取随机数的

个数。

上面代码意思是当a（n）小于1时，则令信号为1,否则为0。

3.2.2载波的产生

S1=CO3^2*pl*f；

subplotC422）:

plot（eL）,

titled载濾信号01’）:

由程序可知y=cos（2*pi*fc*t），fc是该函数的频率，我们可以通过修改fc的

值来改变载波信号的频率。

323噪声的产生

^_2a5k=st.*sL;

subplot（423）;

plot（t,e_2askj;

titLef已调信号」；

noise=raiid^L,j）;

e_2aEk»e_2ask'l-noi曲加入噪声

subplot（424）:

plot（t„■e_2aak）*

■t辻加入嗪声的信号’）:

因为噪声是随机的，所以在加上噪声时，可以用随机函数来产生随机数，用于现实中噪声干扰。

3242ASK的调制

e_2asb-at-*sl;

3uhplot（423）:

plot（t,e_2ask）:

已调信号’）；

将基带信号和载波相乘，就可以得到调制波。

3252ASK的解调

ai=s_2a.slt.*eo£C2*pi*fc*t）:

ax=at-ie?

ai（av>>因为是单极性）还有S流分更】应去掉Subplot（425）:

plotat）:

titleC与乘后信号T；

［齐北］=T2Fi（t,at）:

Ct,at］=Ipfaf,2*fb）AiSid低ifi滤SHsubplot（42印；plottt.at）:

相干解调后S形'）;

因为我们用的是相干解调，而且通过书本知识可知当基带信号和载波相

乘后，再通过低通滤波器就可以得出解调波形

326判决输出

for11=0;L-1：

for

Lfat（l.■*500+250）+0.a<0.5;j=m*50Cb-l:

（m+l1*500;

切d

else

for

切d

end

由可知at（1,m*500+250）是在解调波形中取点，当值在（0,0.5）之间时,

就判决输出为0,当值为（0.5，1）之间时判决输出为1

3.3仿真结果

基带信号戏

0200040COGOOD

扣人嗓声的信号

第四章2FSK仿真设计和运行结果

4.12FSK调制和解调原理

（1）调制

频移键控是利用载波的频率变化来传递数字信息。

在2FSK中，载波的频率

随二进制基带信号在f1和f2两个频率点间变化。

故其表达式为

Acos（w1t）发送“1”时e2FSK⑴Acos（w2t）发送“0”时

2FSK信号的产生方法主要有两种。

一种可以采用模拟调频电路来实现；另一种可以采用键控法实现，即在二进制基带矩形脉冲序列的控制下通过开关电路对两个不同的独立频率源进行选通，使其在每一个码元Ts期间输出f1或f2两个

图4-1-12FSK信号调制器原理框图

（2）解调

2FSK信号的常用解调方法是采用如图4-1-2所示的非相干解调（包络检波）

和相干解调。

其解调原理是将2FSK信号分解为上下两路2ASK信号分别进行解调，然后进行判决。

这里的抽样判决时直接比较两路信号抽样值得大小，可以

不专门设置门限。

判决规则应与调制规则相呼应，调制时若规定“1”符号对应

载波频率f1，则接收时上支路的样值较大，应判为“1”；反之则判为“0”。

图4-1-22FSK信号相干解调解调原理图

图4-1-32FSK信号相干解调解调原理图

4.2主要程序的介绍

4.2.1基带信号和的产生

Korn=l:

辻a（n）

ror

-enl

else

far

end

殂d

[L=j/i*（n-O-M：

;/L*n

stlUt）-1

forn=l.J.

ifstl（n）

3t2（11）-0；

else

3t2（n）=l；

end

end;figured）;

subplot（.411）；plot（t,stl）;

1,如果小于1

在该程序里我

图1是FSK的基带信号产生和ASK的基带信号产生的原理是一样的，都是产生0到1之间的10个数。

然后大于0.5的为1，小于0.5的为

图2是求基带信号的反码。

它是通过判断基带信号是否小于则为1，如果不小于1则为0。

4.2.2两种不同频率载波的产生

31=CQ3（2*pi*£l*t）

s2=co5（2*pi*f2*t）subplot（413）,plot（31）:

titlefK®信号£1/）isubplot（414）,plot（32）:

tirluU载®信号吕2’};

因为FSK的调制方法是数字键控法需要两个不同频率的信号,们可以通过修改f1和f2的值得到两个频率不同的载波信号。

4.2.32FSK调制y

Fl-stl,戴滅1

理=孟氏灼2曲加入載®2fi£Qrft

（2）:

svbpLpt（411）;

Fl）:

subplot（4120:

titleCF2=£2*£t2'）:

e_f3Wl+F2;

stibplat（4130:

plot®e_fsk）;

将载波1和载波2分别和基带信号和基带信号反码相乘，再相加，就可以得到调制信号。

4242FSK解调

Stl=fsb.与载滅甘目棄

Zf,3fl]=汽通y低通滤s器

~trstl]=Ipf（f,sfL,；

figure⑶；

subplot1311）;

plot（t,stl）:

titleC^sl相垂后疲形"）：

EtS-fsk.*e2.'^与载相乘

Zf,sf2]=T2Ftt,3t2）通迥低通遞疲講

Lt,st2Z■Ipf（f,sf2,:

subplot（312）;

plot（tnSt2）:

titleC^sS相乘后

上面程序写的是相干解调的方法，解调原理是将FSK分解为上下两路信号

分别进行解调，然后判决。

也就是将上下路分别和相应载波相乘，再判决。

425判决输出

forni=0'-l-I,

j=iB*5[）0+I■（m-i-l）*500:

或山j）-o.

ifst1（1,iii*5O0+2'SO>

end

else

forend

end

end;

根据解调原理，判断若规定“T符号对应载波频率f1，则接受时上支路

的样值较大，则判为“1”；反之为“0”。

4.3仿真结果

i带q葺川

002

与也相乘后渡形

445

15225335

抽拝判尿后®形

0.5

1.S

3.5

445

第五章2PSK仿真设计和运行结果

5.12PSK的调制和解调原理

（1）调制

相移键控是利用载波的相位变化来传递数字信息，而振幅和频率保持不变。

在2PSK中，通常用初始相位0和n分别表示二进制“1”和“0”。

因此，2PSK信号的时域表达式为

e2PSK（t）Acos（Wct）

2PSK信号的调制原理框图如图5-1-1所示。

与2ASK信号的产生方法相比

较，只是对s（t）的要求不同，在2ASK中s（t）是单极性的，而在2PSK中s（t）是双

极性的基带信号。

图5-1-12PSK信号的调制原理框图

（2）解调

图5-1-22PSK信号的解调原理框图

2PSK信号的解调通常采用相干解调法：

解调器原理框图如图5-1-2所示:

5.2主要程序的介绍

5.2.1基带信号的产生

成双极性码，所以这里需要求出基带信号及其反码，为后面求双极型码做准备。

5.2.2双极型码的产生

st3=stL-st2；svbplct（-113）;plot（t,st?

）;

titleC汰根性SSfS-^sta'）:

将基带信号减去基带信号反码，就可以得出双极型码。

5.2.3载波信号的产生

5l=sin（2*pi*£c^t）;

sxibplot（414）;plotUL）.

tit-leC载波信号ml'）:

载波信号的产生原理ASK—样，可以通过改变fc的值来改变载波的频率

5242PSK调希y

e_2a3k=3t.*31Lsubplot（423）;

plot

已调信号’）：

2PSK勺调制原理和2ASK调制原理一致，都是基带信号和载波相乘。

5.2.52PSK的解调

P3k=p3k,*slf与载S相乗suhp1ot（513）:

卩lot（tupsk）:

title相乘后

f,al：

=rZFt口或）；碼弔通过低通遞菠蛊

Zt,pskj-Ipf（f,afjE：

»;

subp1ot（514）:

plot{t,口5k）:

“t"「低通逵玻后装賊*）:

因为我们用的是相干解调，所以需要已调波和载波相乘，再经过低通滤波器。

526判决输出

for111=01i-1:

ifpsk（hni*500+230）<0;

forj=iii*5（l0+l:

（iii+l；*500；pskCLj）=0:

end

else

forj=ni*5O0+l：

（m+l）*500;^skd,jWl;

end

判决规则为当已调小于‘0'时为‘0',否则为‘1'。

5.3仿真结果

IIIIIID

1.622.533.544.5

第六章2DPSK的仿真设计和运行结果

6.12DPSK勺调制与解调原理

（1）调制

2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以又称

相对相移键控。

2DPSK信号的产生方法：

先对二进制数字基带信号进行差分编码，即把数

图6-1-12DPSK信号调制器原理框图

（2）解调

如图6-1-2所示

相干擀调；

图6-1-22DPSK的相干解调原理框图

2DPSK信号的另一种解调方法是差分相干解调（相位比较法），其原理框图

如图6-1-3所示。

用这种方法解调时不需要专门的相干载波，只需要由收到的

2DPSK信号延时一个码元间隔T,然后与2DPSK信号本身相乘。

相乘器起着相

位比较的作用，相乘结果反映了前后码元的相位差，经低通滤波器后再抽样判决,

即可直接恢复出原始数字信息，故解调器中不需要码反变换器。

2DPSK的差分

相干解调器原理框图如图6-1-2所示:

6.2主要程序的介绍

6.2.1基带信号（绝对码）的产生

a-round（rarLd（l,）:

stem（a）:

5tl=t:

forn-1.10

ifa（n）

j/L*n

stI（II1）=O；

for

end

else

j/L*n

st1iiii）=1:

for

先是产生（0,1）的随机数，再取最接近的整数，然后将加其10等分的码

中。

即可得到基带信号。

622相对码及其反码的产生

stl=t.

Ifor让=2：

Ifor11=1:

Lfa（n>>=l;

ifb（n-1）>=1

fcr[n=j/i*-j/i*n

hCrL）=O:

st1（B）=0：

else

end

bCn）=l:

else

end

form-j/i*（n-L）+l:

j/i*n

elsft

b（n）=b（n-l^:

etid

end

-end

图1相对码

图2反码

始码是2,基带信号的起始码是1,然后再进行前后对比，相同为0,不同为1。

就产生来相对码。

反码则是由相对码判决得出，判决规则为，若相对码为1,则为0;否则为1。

6.2.3载波信号的产生

subplot（325）；

plot（si）;

titi&r载瘦信号si'）:

s2=slii（;

subplot（326）;

titl&f载菠信号m2'）:

因为2DPSK是利用前后相邻码元的载波相对相位变化传递数字信息，所以需要两个频率相同但香味相差pi的载波。

6242DPSK调希y

tll=st1.*31；d2^st2.*s2;

fiEELre

（2）:

subplot（411>;plotCt,dl）;

1：

让stHsf）;subplotf4121;

plotCtpd£）;

titleCst2*s2j:

e_dpsk=dl+d2;subpidtf413）;plotCt,e^dpsk）;|

通过相对码及其反码分别和载波1,2相乘，再相加，就可以得到已调波。

6252DPSK解调

clpsb=d.p3）c.*31:

%枫比写載减吕目乘figurU3）;

subplot（411）.

plotCr,dpsk）;

t让"C与载乘启S母'）；

[f,af]=T2F（t,cipsh）M阳％通过低通建皮器

Ct,dp£k>lpfCf,af.EJ：

subpl{?

t（-112）,

plot（t,dpsk）；

titwr低通®波后疲移）；

通过和载波1相乘，通过低通滤波器后得到了解调后的波形。

626判决输出

st=3eros（l.

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